多相流计量技术综述

　　一、概述

　　多相流体力学是一门新兴学科,是流体力学的一个重要分支,仅有数十年的历史,在动力、化工、石油、制冷和宇航等领域都有着重要应用。多相流计量技术属于国际前沿课题,有着广阔的发展空间。在石油工业领域,油气分离后计量是目前普遍采用的计量手段。但是,随着油田开发环境的变化,以及所开发油田油藏特征的日趋复杂,以多相流计量技术为代表的新的开发和输送技术的需求日益迫切。

　　二、分离计量的特点

　　多相流量计是油井产出物不经过分离器而直接进行计量的装置,可分为分离计量、取样分离计量和不分离计量三种类型,其中不分离多相流计量是目前发展的主要方向,有以下几个特点:

　　1.测量范围宽,基本上不受油井流量、压力等参数变化的影响。

　　2.测量数据与被测介质同步,测量结果代表性好。避免了多口油井使用同一台分离器计量时存在的“置换效应”问题。

　　3.可用于沙漠油田、边际油田和滩海油田等特定的环境,具有良好的投资效益。

　　4.能充分利用油井的能量增加集输半径,能耗低,有利于提高系统效率。

　　5.工艺流程简单,计量准确度较高。

　　三、多相流计量方法

　　不分离多相流计量主要采用“混合液总流量+各项百分比”以及“各项流速+各项在测量管道截面所占的百分比”两种方法来实现。

　　1.“混合液总流量+各相百分率”式。应用流体力学、重力法、热扩散原理及多相流理论建立数学模型。在结构上采用倒U型管和前后测量直管段工艺流程。在入口直管段上有静态混合器和文丘利管,出口直管段上有压力变送器,倒U型管的上升段和下降段分别装有差压变送器,下降段还有利用热扩散法测油水比的温差测量传感器(图1)。

　　多相流经过流态调整,各相均匀混合,处于同一流速。现场仪表对压力差、温度差、流体压力和流体温度等7个参数进行检测,数据采集器每5ms采集一次数据,利用数学模型由计算机得到各相的体积流量。

　　2.“各相流速+各相在测量管道截面所占的百分比”式。在直测量管段上装有测量多相流介电常数的微波传感器,测量流体密度的γ密度计以及测量流体各相流速的微波相关传感器(图2)。数据采集器每秒采集一次数据,利用数学模型计算出油、气、水各相的流速以及各相所占的体积百分数,再结合密度值得到各相的质量流量。

　　四、多相流计量技术

　　目前开发应用的多相流量计,都不同程度地用到了流型干预技术、组分测量技术和相流速测量技术: